碳酸鈣

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碳酸鈣
英文名 Calcium carbonate
別名 石灰石
識別
CAS號 471-34-1
ChemSpider 9708
RTECS FF9335000
性質
化學式 CaCO3
摩爾質量 100.0869 g·mol⁻¹
外觀 白色粉末
密度 2.71 g/cm³(方解石
2.93 g/cm³(霰石
熔點 825 ℃(方解石)
1339℃(霰石)
沸點 約900℃(分解生成氧化鈣和二氧化碳)
溶解性 0.0013 g/100 mL (25°C)
溶度積Ksp 4.8×10-9[1]
溶解性(鹼) 可溶
pKa 9.0
折光度n
D
1.59
結構
晶體結構 三方晶系(方解石)
斜方晶系(霰石)
分子構型 直線形
熱力學
ΔfHmo298K −1206.92 kJ mol−1(方解石)
−1207.13 kJ mol−1(霰石)[2]
So298K 92.9 J mol−1K−1(方解石)
88.7 J mol−1K−1(霰石)
熱容 81.88 J mol−1K−1(方解石)
81.25 J mol−1K−1(霰石)
危險性
警示術語 R:R36/37/38
安全術語 S:S26-S36
主要危害 無毒
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
0
0
 
閃點 不可燃
相關物質
其他陰離子 硫酸鈣碳酸氫鈣
其他陽離子 碳酸鍶碳酸鋇碳酸鈹碳酸鎂
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。

碳酸鈣,俗稱灰石石灰石石粉大理石方解石,是一種化合物化學式CaCO3,呈鹼性,在純中溶解度甚小 (Ksp = 4.8×10-9),可溶於中。

碳酸鈣在地球上存量豐富,並以許多形式存在於岩石礦物生物體,如: 霰石方解石白堊石灰岩大理石石灰華。亦為動物骨骼或外(如:爬蟲類雙殼綱)的主要成份。碳酸鈣亦為水垢的主要成分,通常藉由水中的鈣離子與碳酸根離子結合所生成的,時常發生在水質硬度較高的地區。碳酸鈣亦為農用石灰中的有效成分之一,可用於中和土壤酸性,但過度使用也有造成土壤鹽鹼化的風險。 在醫學應用方面,碳酸鈣亦是常用的鈣質來源,也常做為抑酸劑中的有效成分[3]之一。

性質[編輯]

在一大氣壓下將碳酸鈣加熱到900℃會分解成氧化鈣二氧化碳

CaCO3 → CaO + CO2

碳酸鈣會和稀氫氯酸反應,會呈泡騰現象,並生成氯化鈣二氧化碳

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2

碳酸鈣懸濁液通入過量二氧化碳,會生成碳酸氫鈣溶液

CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2

碳酸鈣和碳酸溶液(雨水)反應,生成碳酸氫鈣

CaCO3 + H2CO3 → Ca(HCO3)2

二氧化碳通入氫氧化鈣會生成碳酸鈣和水

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O

製備[編輯]

工業用碳酸鈣主要是來源是由礦場或採石場用機械方法直接粉碎天然的方解石、石灰石、白堊、貝殼等而製得。由於這種碳酸鈣的沉降體積比輕質碳酸鈣的沉降體積小,所以稱之為重質碳酸鈣。 純度較高的碳酸鈣(用於食品或醫藥產業者)可由較純粹的礦物來源(如:大理石)提取而得。

另外,碳酸鈣亦可由石灰為原料至取而得。 首先將石灰石等原料煅燒生成石灰(主要成分為氧化鈣)和二氧化碳;再加消化石灰生成石灰乳(主要成分為氫氧化鈣);再通入二氧化碳氣體,使之生成碳酸鈣沉澱;最後經脫水、乾燥和粉碎而製得。 以此方法製得的碳酸鈣又稱之為沉澱碳酸鈣(Precipitated Calcium Carbonate, PCC)或輕質碳酸鈣。

CaCO3 (s) → CaO(s) + CO2 (g)
CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2 (aq)
Ca(OH)2 (aq) + CO2 (g) → CaCO3(s)↓ + H2O(l)

高純度碳酸鈣可藉由純化過的碳酸鈉氯化鈣的水溶液複分解反應生成沉澱,然後經脫水、乾燥和粉碎而製得[4]

Na2CO3(aq) + CaCl2(aq) → CaCO3(s)↓ + 2NaCl(aq)

用途[編輯]

  • 冶金工業中,主要用於助溶劑
  • 用於製造建築材料水泥、石灰、人造石
  • 中和二氧化硫、酸性土壤或農田
  • 製造玻璃鈣片
  • 醫療上用作抗酸藥,能中和胃酸、保護潰瘍面,用於胃酸過多、胃和十二指腸潰瘍等病。[5]
  • 塑料、橡膠、塗料、矽酮膠等行業主要用來當作降低成本的填料。
由碳酸鈣製成的500毫克鈣片

碳酸鈣的分類[編輯]

按生產方法分類[編輯]

根據碳酸鈣生產方法的不同,可以將碳酸鈣分為輕質碳酸鈣、重質碳酸鈣和活性碳酸鈣。[6]

  • 輕質碳酸鈣:
又稱沉澱碳酸,簡稱輕,是將石灰石等原料煅燒生成石灰(主要成分為氧化鈣)和二氧化碳,再加消化石灰生成石灰乳(主要成分為氫氧化鈣),然後再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸沉澱,最後經脫、乾燥和粉碎而製得。或者先用碳酸鈉氯化鈣進行複分解反應生成碳酸沉澱,然後經脫、乾燥和粉碎而製得。由於輕質碳酸的沉降體積(2.4-2.8mL/g)比重質碳酸的沉降體積(1.1-1.4mL/g)大,所以稱之為輕質碳酸[6]
  • 重質碳酸鈣:
簡稱重,是用機械方法直接粉碎天然的方解石、石灰石、白堊、貝殼等而製得。由於重質碳酸的沉降體積比輕質碳酸鈣的沉降體積小,所以稱之為重質碳酸[6]
  • 活性碳酸鈣:
又稱改性碳酸、表面處理碳酸、膠質碳酸或白艷華,簡稱活,是用表面改性劑對輕質酸或重進行表面改性而製得。由於經表面改性劑改性後的碳酸鈣一般都具有補強作用,即所謂的「活性」,所以習慣上把改性都稱為活性碳酸鈣。[6]

參考資料[編輯]

  1. ^ Patnaik, Pradyot. Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. 2003 [2009-06-06]. ISBN 0070494398. 
  2. ^ D.D. Wagman, W.H. Evans, V.B. Parker, R.H. Schumm, I. Halow, S.M. Bailey, K.L. Churney, R.I. Nuttal, K.L. Churney and R.I. Nuttal, The NBS tables of chemical thermodynamics properties, J. Phys. Chem. Ref. Data 11 Suppl. 2 (1982).
  3. ^ Frost RW, Lasseter KC, Noe AJ, Shamblen EC, Lettieri JT. Effects of aluminum hydroxide and calcium carbonate antacids on the bioavailability of ciprofloxacin. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 1992;36(4):830-832. [1]
  4. ^ Production of precipitated calcium carbonate, US 2962350 A, Trubey Philip W [2].
  5. ^ Frost RW, Lasseter KC, Noe AJ, Shamblen EC, Lettieri JT. Effects of aluminum hydroxide and calcium carbonate antacids on the bioavailability of ciprofloxacin. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 1992;36(4):830-832. [3]
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 6.3 化學與工程材料 化學(一) 期末報告 - 南台科技大學